3. Сухие методы очистки

   1. Очистка гидратом оксида железа

Процесс очистки газа поглотителями на основе оксида железа яв- ляется одним из старейших способов удаления сернистых соединений из промышленных газов и основан на следующих реакциях:

газ пропускают через слой болотной руды:

Fe₂O₃ + 3H₂S = Fe₂S₃ + 3H₂O,

после чего через аппарат пропускают воздух:

2Fe₂S₃ + 3O₂ = 2Fe₂O₃ + 6S.

Эти уравнения несколько упрощают действительный механизм процесса; в зависимости от его условий могут протекать многочислен- ные другие реакции. Механизм реакции зависит от ряда параметров: температуры, влажности и рН очистной массы.

Существует несколько модификаций оксида железа, но лишь две из них, а именно - и - Fe₂O₃.Н₂О могут применяться для изготовле- ния очистной массы. Обе эти модификации окиси железа легко взаи- модействуют с H₂S, причем образующийся сульфид железа легко снова окисляется в активную форму окиси железа. Наиболее удовлетвори- тельно протекает этот цикл в щелочной среде при умеренных темпера- турах (около 38 ^оС). Важным преимуществом метода является низкое гидравлическое сопротивление аппаратуры.

Серу после полного насыщения руды обычно выжигают с после- дующей переработкой SO₂ в серную кислоту. Иногда применяют экс- тракцию серы растворителями, например, сероуглеродом, после чего ее выделяют кристаллизацией или простой отгонкой растворителя. По- глотительную массу обычно применяют в виде зерен размером 6-8 мм. Кроме оксида железа масса содержит 30-50 % влаги.

Аппаратура для проведения процесса проста, но громоздка, тре- бует значительных капитальных затрат, эксплуатация ее затрудняется сложностью выгрузки массы из аппаратов. Наиболее распространена башенная конструкция аппаратов. В каждой башне устанавливаются 10-12 съемных корзин - царг круглой или многоугольной формы. Вы- сота слоя сорбента на царге составляет 0,4 м. Газ проходит через слои сорбента параллельными потоками. Пройдя через слой очистной мас- сы, газ по кольцевому пространству между царгами и корпусом башни направляется к выпускному патрубку аппарата.

2. Очистка активным углем

Активный уголь не только адсорбирует H₂S из газовой среды, но и катализирует реакцию окисления поглощенного H₂S в адсорбирован- ной фазе кислородом, если он имеется в газе, до элементарной серы:

2H₂S + О₂  2S + 2H₂O + 220 кДж.

Если очистке подвергают газ, не содержащий кислорода, его до- бавляют с таким расчетом, чтобы выходящий газ содержал не более 0,1 % О₂.

Трудность использования активного угля для решения задачи се-

роочистки заключается в том, что при улавливании H₂S углем в при- сутствии кислорода основная реакция преобразования адсорбата в эле- ментную серу сопровождается побочным сильно экзотермическим процессом образования серной кислоты.

H₂S + 2O₂  H₂SO₄ + 790 кДж.

Удельный вес побочной реакции, протекающей в порах активных углей обычных типов, настолько значителен, что при высокой концен- трации H₂S в очищаемом воздухе слой угля сильно разогревается и возникает опасность возгорания. Интенсивность образования серной кислоты зависит от содержания в угле тяжелых металлов, в первую очередь железа. При их высоком содержании более одной трети H₂S превращается в серную кислоту.

Образующуюся серную кислоту нейтрализуют газообразным ам- миаком, который одновременно ускоряет процесс окисления H₂S, так как, по-видимому, поддерживает необходимую щелочность поверхно- сти активированного угля. Аммиак может вводиться в систему перио- дически в стадии регенерации (охлаждения) адсорбента или непрерыв- но примешиваться к очищаемому газу. В этом случае наряду с основ- ной реакцией протекают и побочные с образованием сульфата аммония и углекислого аммония:

2NH₃ + H₂S + 2O₂  (NH₄)₂SO₄;

2NH₃ + CO₂ + H₂O  (NH₄)₂CO₃.

Ввиду высокой экзотермичности процесса окисления верхним пределом концентрации H₂S в очищаемом газе считают 5 г/м³. При бо- лее высокой концентрации H₂S температура угля повышается до 70- 100 ^оС.

Для регенерации насыщенного серой угля обычно применяют водный раствор сульфида аммония, который при взаимодействии с се- рой превращается в многосернистый аммоний:

(NH₄)₂S + nS  (NH₄)₂S_n+1.

Отработанный раствор разлагают острым паром с выделением се- ры чистотой выше 99,9 %:

(NH₄)₂S_n+1  (NH₄)₂S + nS.

Сульфид аммония при пропарке разлагается, но выделяющиеся пары аммиака и H₂S конденсируют и возвращают в процесс. Затем уголь промывают водой, в результате чего удаляется большая часть сульфата и карбоната аммония. Остатки углекислого аммония и суль- фата аммония отпаривают в течение 6 часов, конденсируют и слабый раствор сульфата аммония возвращают в процесс.

Другим распространенным экстрагентом является ксилол, приме- нение которого основывается на резкой разнице растворимости серы в нем при обычных и повышенных температурах. Экстракцию проводят при температуре 100 ^оС в потоке экстрагента, после чего температуру снижают до 30 ^оС и выкристаллизовавшуюся серу отделяют центрифу- гированием. После экстракции уголь пропаривают для удаления кси- лола, промывают водой для удаления гипосульфита и других продук- тов реакции, в заключение подвергают вторичной пропарке.

Применение активированного угля имеет существенные преиму- щества перед очисткой оксидами железа: скорость газа в 10-15 раз вы- ше, соответственно уменьшается объем аппаратуры; уголь можно мно- гократно регенерировать без выгрузки из аппарата; извлекаемая сера представляет собой товарный продукт высокой чистоты.

Недостатком процессов очистки с использованием активирован- ного угля является его быстрая дезактивация вследствие отложения смолы и полимерных материалов на поверхности частиц; перед адсор- берами газ необходимо полностью очистить от этих компонентов.

Для интенсификации поглощения H₂S процесс рекомендуется проводить в кипящем слое. При этом в 6-8 раз возрастает пропускная способность очистных аппаратов; процесс становится непрерывным и появляется возможность его автоматизировать; упрощаются коммуни- кации. Кроме того, облегчается отвод тепла реакции, что позволяет очищать газы с более высоким содержанием H₂S; отпадает необходи- мость в предварительной тонкой очистке газа от пыли.

Данный метод очистки путем выбора соответствующих сортов угля на двух последовательных ступенях очистки можно использовать для удаления как H₂S, так и органических сернистых соединений.